基于Pspice的高效率音频功率放大器设计与仿真【开题报告】.pdfVIP

开题报告

电子信息工程

基于Pspice的高效率音频功率放大器设计与仿真

一、课题研究意义及现状

音频放大器出现已经快有一个世纪了，广泛应用于家庭影院、音响系统、立体声唱机、伺服放

大器等电子系统中。近几年，电子产品正在向薄型化、便携式迅速发展。人们在追求高保真度音频

功放的同时,也希望功放有大的输出功率和高效率。因此，设计一种失真度小,输出功率大,效率高的

音频功放也有很重要的现实意义。音质好、电源效率高、发热少的D类放大器成为市场的需求。并且

由于D类放大器的耗电低、发热少等诸多特点，越来越得到日益强调环保的市场的认同。同时，便携

电子设备的工作时间一直是厂商全力追求的最重要的性能指标，新的无滤波器D类放大器在几瓦特的

功率级别上正在取代原先固定的AB类器件。与体积庞大的传统线性放大器相比，使用D类放大器并不

影响音频信号的音质却能够实现便携产品的小型化，因此市场对电子产品薄型化、便携式的需求趋

势造就了传统放大器向数字放大器的转化。

功率放大器通常按照其工作状态分为五类，即A类、B类、AB类、C类和D类。前四种属于线性功

率放大器，D类属于非线性功率放大器。D类放大器是在1958年由泰勒提出的，当时它的提出是为了

被应用于振荡电路。与前四类功率放大器相比较，D类功率放大器的特点是，输出级MOS管工作于相

继开关状态，这对功率放大器效率有极大提高。D类功率放大器是一项意义深远的创新技术，具有广

阔的发展前景，并对消费电子产生巨大的冲击作用，D类功放在音频和非音频领域都具有广泛的应用。

如便携式DVD播放机、mp4播放器、Av接收机、便携式电视机、手机、等离子显示器、汽车音响、PC

机、PDA、CD耳机、收录机，以及专业音频设备等。与其他几类功放相比，D类功放在获得更高的效

率可以降低芯片尺寸，所以在便携式音频设备中有着重要的地位。统计表明，D类放大器目前以每年

超过50%的速度在迅猛增长。

D类放大器在过去的几代产品中，已经得到了巨大的发展，系统设计者极大地改善了系统的耐用性，

并提高了其音频质量。实际上，对大多数应用者而言，使用这些放大器所带来的好处已经远远超过

了它们的不足。在传统D类放大器中，用控制器将模拟或数字音频信号在被集成到功率后端设备中

的功率MOSFET管放大之前，转换成PWM信号。这些放大器效率很高，使用很小的散热器或根本不需

要散热器，且降低了对电源输出功率的要求。然而，与传统的放大器相比，它们本身也存在固有的

成本、性能和EMI方面的问题，解决这些问题就是D类放大器的发展新趋势，其中包括：（1）降低

EMI（2）改善音频质量（3）降低系统成本（4）电源反馈。

二、课题研究的主要内容和预期目标

课题研究的主要内容：

功率放大器的电源电压为+5V(电路其他部分的电源电压不限)，负载为8Ω

基本要求：

（1）通频带为300～3400Hz，输出正弦信号无明显失真

（2）最大不失真输出功率≥1W

（3）输入阻抗10kΩ，电压放大倍数1～20连续可调

（4）在输出功率为500mW时测量功率放大器的效率≥50%

预期目标：

完成硬件设计及基于Pspice的仿真

三、课题研究的方法及措施

D类功放主要由脉宽度调制器、开关放大器和低通滤波器等三部分组成，系统框图如下：

第一部分为脉宽调制器，最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。输入原始音频信号和

一个三角形波信号，通过比较器，输出矩形波。这样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频

信号幅度调制后的波形，称为PWM（PulseWidthModulation脉宽调制）或PDM（PulseDuration

Modulation脉冲持续时间调制）波形。音频信息被调制到脉冲波形中。

第二部分就是D类功放，这是一个脉冲控制的大电流开关放大器，把比较器输出的PWM信号变

成高电压、大电流的大功率PWM信号。能够输出的最大功率有负载、电源电压和晶体管允许流过的

电流来决定。

第三部分需把大功率PWM波形中的声音信息还原出来。使用一个LC低通滤波器，把原音频信号

恢复出来。

四、课题研究进度计划

2010年10月上旬，选题并落实任务

2010年10月下旬至2011年11月上旬，毕业设计开题，写毕业设计培训，外文翻译、文献综

述和开题